CN114877158A - 一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提出了一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，涉及管道修复技术领域。一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，包括以下步骤：将多巴胺溶于缓冲溶液中，并加入催化剂和氧化剂，制得多巴胺溶液；将上述多巴胺溶液通入内衬管中，浸泡后，抽出溶液；进行原位固化修复施工。通过多巴胺在内衬管表面形成一层聚多巴胺膜来增强内衬管与原管道间的粘附力，避免内衬管和原管道间出现环形间隙，对于金属材质的原管道，多巴胺能在其表面形成一层钝化膜而增加其耐蚀性，延长了非开挖原位修复管道的使用寿命，在完全不影响原位固化修复施工的同时，增加了内衬管和原管道间的粘附力而提升了修复效果，故具有成本低、工艺简单、操作方便的优点。
Description
技术领域
本申请涉及管道修复技术领域，具体而言，涉及一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法。
背景技术
地下管道在生产和生活中发挥着重要作用，但随着城市基础设施的老化，管道受到地下土壤和内部介质的腐蚀，管道本身也会自然老化，故城市给排水、燃气等管道系统破坏的可能性越来越大，而这些导致了地下管道频繁泄漏。以前管道的修复、更换基本上都是采用开挖的方式进行，不仅费用巨大，也会给环境、交通等带来严重的问题，已经不能适应现代城市发展要求。目前修复管道已经逐渐开始应用非开挖管道修复工程技术，不同于传统的开挖后重新埋管进行修复，管道非开挖修复能够在不影响交通的情况下，采用科学的方法，保证管道更好、更快的完成修复。而且，在施工过程中不会对环境造成威胁，施工周期短，可以减少对人们日常生活和生产的影响，具有更好的经济效益和社会效益。非开挖修复技术的整体优势在于对地面、交通、环境以及周围地下管线等的影响很微弱。因此，推广非开挖修复技术在管道修复领域的运用势在必行。原位固化法 (Cured-In-Place Pipe，CIPP)是供水管道非开挖修复工艺的一种，是目前采用最广的非开挖管道修复技术之一。原位固化法现在已经取得了很好的经济效益和社会效益。原位固化法这种工艺的管材基于一种编织内衬软管，编织物为针刺毛毡或玻璃纤维，编织层内外铺设PE或PP材质的涂层，内衬软管不仅强韧且具有良好的水密性和气密性。进行原位固化时，是采用翻转或牵拉方式将浸渍树脂的软管置入原有管道内，固化后形成管道内衬的修复方法，由于软管具有柔韧性，因此，无论待修管道的形状如何，内衬管在压力作用下，都能与待修管线内壁紧密贴合，经固化后使待修管线形成整体性很强的复合管道，具有施工速度快、工期短、内衬管连续且表面光滑等优点。而现在众多技术主要集中在内衬管和树脂材料的选择、内衬管的铺设的工艺和固化方法的选取等方面。
然而，在实际施工操作过程中，由于原管道中存在动植物油脂等，导致内衬管和主管道粘合不良，同时由于聚合作用后的热膨胀或收缩引起的树脂收缩，导致在内衬管和原管道间形成一个环形间隙，与原管道表面的粘结性能不好，不利于管道的修复。
发明内容
本申请的目的在于提供一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，此方法，工艺简单，方便操作，能够增强内衬管与原管道之间的粘结力，有利于管道的修复。
本申请解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，包括以下步骤：
将多巴胺溶于缓冲溶液中，并加入催化剂和氧化剂，制得多巴胺溶液；
将上述多巴胺溶液通入内衬管中，浸泡后，抽出溶液；
再进行原位固化修复施工。
相对于现有技术，本申请的实施例至少具有如下优点或有益效果：
本申请的内衬管表面改性方法是利用多巴胺在碱性溶液中、在有氧环境下，多巴胺能够在基体表面形成聚多巴胺的性质，将其引入到非开挖技术修复工艺中，其首先将含有多巴胺的弱碱性溶液通入到装有树脂的内衬管中，浸泡一段时间后，多巴胺即在内衬管表面形成一层聚多巴胺膜；再进行原位固化修复施工，该聚多巴胺膜不仅能够很好地黏附在内衬管表面，使得内衬管表面存在大量的含有端羧基、羟基和氨基等亲水性基团的有机层，且聚多巴胺的有机链与动植物油脂具有很好的相容性，使得端羟基和氨基等亲水性基团能够透过油脂层与原管道的表面发生化学吸附作用，能够进一步增强内衬管与原管道基体之间的粘附力，同时避免了内衬管和原管道间出现环形间隙。若原管道为金属材质时，多巴胺能够在其基体表面形成一层钝化膜而增加其耐蚀性，使得非开挖原位修复的管道使用寿命大大增加。经过该内衬管表面改性方法改性的内衬管，可在完全不影响原位固化修复施工的同时，增加内衬管和原管道之间的粘附力以提升修复效果，因此具有成本低、工艺简单、操作方便的优点，更有利于非开挖管道的修复。
进一步的，催化剂选用水溶性酞菁铜的衍生物，一方面其能够均匀地溶解在水溶液中，有效地与多巴胺接触而使其发生催化聚合反应，另一方面，四-4-(2-甲氧基乙氧基-羰基)酞菁铜和四-4-(2-正丁氧基乙氧基-羰基) 酞菁铜都具有非常好的成膜性，其能够在催化多巴胺聚合形成聚多巴胺的同时，又能够与聚多巴胺一起沉积在内衬管表面形成膜，从而避免了内衬管和原管道之间出现环形间隙。
另外，以双氧水作为氧化剂，能够在加速多巴胺氧化成聚多巴胺的同时又不会引入杂质，而形成良好的聚多巴胺膜，增强内衬管与原管道基体之间的粘附力。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本申请。
本申请实施例提供一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，包括以下步骤：
将多巴胺溶于缓冲溶液中，并加入催化剂和氧化剂，制得多巴胺溶液；
将上述多巴胺溶液通入内衬管中，浸泡后，抽出溶液；
再进行原位固化修复施工。
在上述实施例中，利用多巴胺在碱性溶液中、在有氧环境下，多巴胺能够在基体表面形成聚多巴胺的性质，将其引入到非开挖技术修复工艺中，其首先将含有多巴胺的弱碱性溶液通入到装有树脂的内衬管中，浸泡一段时间后，多巴胺即在内衬管表面形成一层聚多巴胺膜；再进行原位固化修复施工，该聚多巴胺膜不仅能够很好地黏附在内衬管表面，使得内衬管表面存在大量的含有端羧基、羟基和氨基等亲水性基团的有机层，且聚多巴胺的有机链与动植物油脂具有很好的相容性，使得端羟基和氨基等亲水性基团能够透过油脂层与原管道的表面发生化学吸附作用，能够进一步增强内衬管与原管道基体之间的粘附力，同时避免了内衬管和原管道间出现环形间隙。若原管道为金属材质时，多巴胺能够在其基体表面形成一层钝化膜而增加其耐蚀性，使得非开挖原位修复的管道使用寿命大大增加。经过该内衬管表面改性方法改性的内衬管，可在完全不影响原位固化修复施工的同时，增加内衬管和原管道之间的粘附力以提升修复效果，因此具有成本低、工艺简单、操作方便的优点，更有利于非开挖管道的修复。
在本申请的一些实施例中，上述多巴胺加入缓冲溶液中的量为2-4g/L。
在本申请的一些实施例中，上述多巴胺在23-27℃下溶于缓冲溶液中。
在本申请的一些实施例中，上述缓冲溶液为巴比妥钠-盐酸缓冲溶液，浓度为10-30mmol/L，pH为8.0-8.6。多巴胺能够在弱碱性溶液中形成聚多巴胺，有利于多巴胺在内衬管表面形成聚多巴胺膜。
在本申请的一些实施例中，上述催化剂为可溶性酞菁铜的衍生物，其加入缓冲溶液中的量为20～40mg/L。催化剂选用水溶性酞菁铜的衍生物，一方面其能够均匀地溶解在水溶液中，有效地与多巴胺接触而使其发生催化聚合反应，另一方面，水溶性酞菁铜的衍生物都具有较好的成膜性。
在本申请的一些实施例中，上述可溶性酞菁铜的衍生物为四-4-(2-甲氧基乙氧基-羰基)酞菁铜或四-4-(2-正丁氧基乙氧基-羰基)酞菁铜。由于四-4-(2-甲氧基乙氧基-羰基)酞菁铜和四-4-(2-正丁氧基乙氧基-羰基)酞菁铜都具有非常好的成膜性，能够在催化多巴胺聚合形成聚多巴胺的同时，又能够与聚多巴胺一起沉积在内衬管表面形成膜，从而避免了内衬管和原管道之间出现环形间隙。
在本申请的一些实施例中，上述氧化剂为双氧水以双氧水作为氧化剂，其能够加速多巴胺氧化成聚多巴胺的同时又不会引入杂质，而形成良好的聚多巴胺膜，能够增强内衬管与原管道基体之间的粘附力。
在本申请的一些实施例中，上述双氧水在缓冲溶液中的浓度为 10-20mmol/L。
在本申请的一些实施例中，上述内衬管为PVC、PE、PP、聚氨酯以及聚酯为基体的复合材料软管。
在本申请的一些实施例中，浸泡时，浸泡温度为23-27℃，浸泡时间为 2-4h。经过浸泡，多巴胺在内衬管表面充分反应，形成一层聚多巴胺膜，进而黏附在内衬管表面。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，包括以下步骤：
将多巴胺于23℃下溶于10mmol/L、pH为8.0的巴比妥钠-盐酸缓冲溶液中，再依次加入催化剂四-4-(2-甲氧基乙氧基-羰基)酞菁铜和氧化剂双氧水(35％)，制得多巴胺溶液，其中，多巴胺、催化剂和氧化剂在缓冲溶液中的浓度分别为2g/L、20mg/L和10mmol/L；
将上述多巴胺溶液通入装有树脂的PVC内衬管中，在23℃下浸泡2h 后，在工地施工之前，抽出溶液；
再进行原位固化修复施工。
实施例2
一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，包括以下步骤：
将多巴胺于27℃下溶于20mmol/L、pH为8.2的巴比妥钠-盐酸缓冲溶液中，再依次加入催化剂四-4-(2-甲氧基乙氧基-羰基)酞菁铜和氧化剂双氧水(35％)，制得多巴胺溶液，其中，多巴胺、催化剂和氧化剂在缓冲溶液中的浓度分别为4g/L、40mg/L和20mmol/L。
将上述多巴胺溶液通入装有树脂的PE内衬管中，在27℃下浸泡2h后，在工地施工之前，抽出溶液；
再进行原位固化修复施工。
实施例3
一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，包括以下步骤：
将多巴胺于25℃下溶于30mmol/L、pH为8.4的巴比妥钠-盐酸缓冲溶液中，再依次加入催化剂四-4-(2-甲氧基乙氧基-羰基)酞菁铜和氧化剂双氧水(35％)，制得多巴胺溶液，其中，多巴胺、催化剂和氧化剂在缓冲溶液中的浓度分别为3g/L、30mg/L和10mmol/L；
将上述多巴胺溶液通入装有树脂的聚氨酯内衬管中，在25℃下浸泡3h 后，在工地施工之前，抽出溶液；
再进行原位固化修复施工。
实施例4
一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，包括以下步骤：
将多巴胺于26℃下溶于30mmol/L、pH为8.6的巴比妥钠-盐酸缓冲溶液中，再依次加入催化剂四-4-(2-甲氧基乙氧基-羰基)酞菁铜和氧化剂双氧水(35％)，制得多巴胺溶液，其中，多巴胺、催化剂和氧化剂在缓冲溶液中的浓度分别为3g/L、20mg/L和20mmol/L；
将上述多巴胺溶液通入装有树脂的聚酯内衬管中，在26℃下浸泡2h后，在工地施工之前，抽出溶液；
再进行原位固化修复施工。
实施例5
一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，包括以下步骤：
将多巴胺于25℃下溶于30mmol/L、pH为8.4的巴比妥钠-盐酸缓冲溶液中，再依次加入催化剂四-4-(2-甲氧基乙氧基-羰基)酞菁铜和氧化剂双氧水(35％)，制得多巴胺溶液，其中，多巴胺、催化剂和氧化剂在缓冲溶液中的浓度分别为4g/L、20mg/L和10mmol/L；
将上述多巴胺溶液通入装有树脂的PP内衬管中，在25℃下浸泡2h后，在工地施工之前，抽出溶液；
再进行原位固化修复施工。
实施例6
一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，包括以下步骤：
将多巴胺于25℃下溶于30mmol/L、pH为8.6的巴比妥钠-盐酸缓冲溶液中，再依次加入催化剂四-4-(2-甲氧基乙氧基-羰基)酞菁铜和氧化剂双氧水(35％)，制得多巴胺溶液，其中，多巴胺、催化剂和氧化剂在缓冲溶液中的浓度分别为3g/L、20mg/L和15mmol/L；
将上述多巴胺溶液通入装有树脂的PP内衬管中，在25℃下浸泡3h后，在工地施工之前，抽出溶液；
再进行原位固化修复施工。
实施例7
一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，包括以下步骤：
将多巴胺于25℃下溶于20mmol/L、pH为8.2的巴比妥钠-盐酸缓冲溶液中，再依次加入催化剂四-4-(2-正丁氧基乙氧基-羰基)酞菁铜和氧化剂双氧水(35％)，制得多巴胺溶液，其中，多巴胺、催化剂和氧化剂在缓冲溶液中的浓度分别为2g/L、20mg/L和10mmol/L；
将上述多巴胺溶液通入装有树脂的PP内衬管中，在25℃下浸泡4h后，在工地施工之前，抽出溶液；
再进行原位固化修复施工。
实施例8
一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，包括以下步骤：
将多巴胺于23℃下溶于30mmol/L、pH为8.4的巴比妥钠-盐酸缓冲溶液中，再依次加入催化剂四-4-(2-正丁氧基乙氧基-羰基)酞菁铜和氧化剂双氧水(35％)，制得多巴胺溶液，其中，多巴胺、催化剂和氧化剂在缓冲溶液中的浓度分别为4g/L、25mg/L和15mmol/L；
将上述多巴胺溶液通入装有树脂的PP内衬管中，在23℃下浸泡3.5h 后，在工地施工之前，抽出溶液；
再进行原位固化修复施工。
实施例9
一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，包括以下步骤：
将多巴胺于26℃下溶于20mmol/L、pH为8.3的巴比妥钠-盐酸缓冲溶液中，再依次加入催化剂四-4-(2-正丁氧基乙氧基-羰基)酞菁铜和氧化剂双氧水(35％)，制得多巴胺溶液，其中，多巴胺、催化剂和氧化剂在缓冲溶液中的浓度分别为2.5g/L、22mg/L和10mmol/L；
将上述多巴胺溶液通入装有树脂的PE内衬管中，在26℃下浸泡3h后，在工地施工之前，抽出溶液；
再进行原位固化修复施工。
实施例10
一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，包括以下步骤：
将多巴胺于25℃下溶于30mmol/L、pH为8.4的巴比妥钠-盐酸缓冲溶液中，再依次加入催化剂四-4-(2-甲氧基乙氧基-羰基)酞菁铜和氧化剂双氧水(35％)，制得多巴胺溶液，其中，多巴胺、催化剂和氧化剂在缓冲溶液中的浓度分别为2.5g/L、20mg/L和18mmol/L；
将上述多巴胺溶液通入装有树脂的PE内衬管中，在25℃下浸泡3.2h 后，在工地施工之前，抽出溶液；
再进行原位固化修复施工。
实施例11
一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，包括以下步骤：
将多巴胺于25℃下溶于25mmol/L、pH为8.5的巴比妥钠-盐酸缓冲溶液中，再依次加入催化剂四-4-(2-甲氧基乙氧基-羰基)酞菁铜和氧化剂双氧水(35％)，制得多巴胺溶液，其中，多巴胺、催化剂和氧化剂在缓冲溶液中的浓度分别为3.5g/L、30mg/L和10mmol/L；
将上述多巴胺溶液通入装有树脂的PP内衬管中，在25℃下浸泡2h后，在工地施工之前，抽出溶液；
再进行原位固化修复施工。
实施例12
一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，包括以下步骤：
将多巴胺于25℃下溶于30mmol/L、pH为8.4的巴比妥钠-盐酸缓冲溶液中，再依次加入催化剂四-4-(2-甲氧基乙氧基-羰基)酞菁铜和氧化剂双氧水(35％)，制得多巴胺溶液，其中，多巴胺、催化剂和氧化剂在缓冲溶液中的浓度分别为2.8g/L、22mg/L和10mmol/L；
将上述多巴胺溶液通入装有树脂的PE内衬管中，在25℃下浸泡2.8h 后，在工地施工之前，抽出溶液；
再进行原位固化修复施工。
实验例
对经本发明实施例1-5的非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法获得的修复管道进行附着力的测试，附着力以GB/T 5210-2006《色漆和清漆拉开法附着力试验》为检测标准，同时设置一组对照组，实验条件与实施例5相同，差别在于PP内衬管未经过多巴胺溶液浸泡处理，实验结果如表1所示。
表1
由表1可知，经本发明实施例1-5的非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法获得的修复管道，其附着力明显高于对照组，说明在进行原位修复施工前，将内衬管采用本发明的多巴胺溶液浸泡处理后，内衬管与原管道之间的粘附会增强，有利于管道的修复。
综上所述，本申请提供一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，该内衬管表面改性方法是利用多巴胺在碱性溶液中、在有氧环境下，多巴胺能够在基体表面形成聚多巴胺的性质，将其引入到非开挖技术修复工艺中，其首先将含有多巴胺的弱碱性溶液通入到装有树脂的内衬管中，浸泡一段时间后，多巴胺即在内衬管表面形成一层聚多巴胺膜；再进行原位固化修复施工，该聚多巴胺膜不仅能够很好地黏附在内衬管表面，使得内衬管表面存在大量的含有端羧基、羟基和氨基等亲水性基团的有机层，且聚多巴胺的有机链与动植物油脂具有很好的相容性，使得端羟基和氨基等亲水性基团能够透过油脂层与原管道的表面发生化学吸附作用，能够进一步增强内衬管与原管道基体之间的粘附力，同时避免了内衬管和原管道间出现环形间隙。若原管道为金属材质时，多巴胺能够在其基体表面形成一层钝化膜而增加其耐蚀性，使得非开挖原位修复的管道使用寿命大大增加。经过该内衬管表面改性方法改性的内衬管，可在完全不影响原位固化修复施工的同时，增加内衬管和原管道之间的粘附力以提升修复效果，因此具有成本低、工艺简单、操作方便的优点，更有利于非开挖管道的修复。
进一步的，催化剂选用水溶性酞菁铜的衍生物，一方面其能够均匀地溶解在水溶液中，有效地与多巴胺接触而使其发生催化聚合反应，另一方面，四-4-(2-甲氧基乙氧基-羰基)酞菁铜和四-4-(2-正丁氧基乙氧基-羰基) 酞菁铜都具有非常好的成膜性，其能够在催化多巴胺聚合形成聚多巴胺的同时，又能够与聚多巴胺一起沉积在内衬管表面形成膜，从而避免了内衬管和原管道之间出现环形间隙。
另外，以双氧水作为氧化剂，能够在加速多巴胺氧化成聚多巴胺的同时又不会引入杂质，而形成良好的聚多巴胺膜，增强内衬管与原管道基体之间的粘附力。
以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
Claims (10)
1.一种非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
将多巴胺溶于缓冲溶液中，并加入催化剂和氧化剂，制得多巴胺溶液；
将所述多巴胺溶液通入内衬管中，浸泡后，抽出溶液；
再进行原位固化修复施工。
2.根据权利要求1所述的非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，其特征在于，所述多巴胺加入缓冲溶液中的量为2-4g/L。
3.根据权利要求1所述的非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，其特征在于，所述多巴胺在23-27℃下溶于缓冲溶液中。
4.根据权利要求1所述的非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，其特征在于，所述缓冲溶液为巴比妥钠-盐酸缓冲溶液，浓度为10-30mmol/L，pH为8.0-8.6。
5.根据权利要求1所述的非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，其特征在于，所述催化剂为可溶性酞菁铜的衍生物，其加入缓冲溶液中的量为20～40mg/L。
6.根据权利要求5所述的非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，其特征在于，所述可溶性酞菁铜的衍生物为四-4-(2-甲氧基乙氧基-羰基)酞菁铜或四-4-(2-正丁氧基乙氧基-羰基)酞菁铜。
7.根据权利要求1所述的非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，其特征在于，所述氧化剂为双氧水。
8.根据权利要求7所述的非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，其特征在于，所述双氧水在缓冲溶液中的浓度为10-20mmol/L。
9.根据权利要求1所述的非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，其特征在于，所述内衬管为PVC、PE、PP、聚氨酯以及聚酯为基体的复合材料软管。
10.根据权利要求1所述的非开挖原位修复管道用内衬管表面改性方法，其特征在于，浸泡时，浸泡温度为23-27℃，浸泡时间为2-4h。
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| CN114877158B (zh) | 2023-06-23 |
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